一种全自动太阳追踪系统的制作方法

本发明涉及太阳追踪设备领域，具体来说，涉及一种全自动太阳能追踪装置。

背景技术：

近年来随着材料科技的进步，太阳能利用设备的转化效率不断提高，但是太阳能利用设备的工作效率受太阳光的入射角度影响很大，由于一天之中，地球上某一点接受到太阳光的入射角度在不断变化，所以就需要太阳能利用设备能够有效追踪太阳的实时方位，最大化的利用太阳能。

目前市场上的太阳追踪系统大多是利用单片机或PLC(可编程逻辑控制器)系统控制驱动电机，通过丝杠或齿轮齿条等传动机构带动太阳能利用设备来追踪太阳的实时方位，实现对太阳能的最大化利用，不过，现有的太阳追踪系统结构复杂，成本较高，使用寿命较短，维护维修难度大。

因此研制一种结构简单、成本低、使用寿命长、易维护的太阳追踪系统，成为业内人士亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种全自动太阳追踪系统，具有结构简单、成本低、使用寿命长、易维护的特点。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全自动太阳追踪系统，包括太阳追踪控制器，控制电路，追踪控制电磁阀，高压气体导管，追踪导管，追踪驱动气缸，可调式太阳追踪支架，气源；所述追踪控制电磁阀包括水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀，所述追踪导管包括水平角追踪导管和俯仰角追踪导管，所述追踪驱动气缸包括水平角追踪驱动气缸和俯仰角追踪驱动气缸，所述可调式太阳追踪支架包括固定底座、可水平旋转底座、下摆杆、上摆杆、太阳能利用装置；其中太阳追踪控制器实时检测太阳方位并输出控制信号至控制电路，控制电路将控制信号传输至追踪控制电磁阀，控制其工作状态，从而利用气源推动追踪驱动气缸工作，进而通过可调式太阳能追踪支架，调整太阳能利用装置的角度，使之始终正对 太阳，从而实现对太阳的自动追踪。

所述太阳追踪控制器安装在太阳能利用装置的上边框上，并随之一起运动，太阳追踪控制器包括：太阳光传感器和跟踪控制器，太阳追踪控制器能够连续监测太阳的实时位置并输出相应的水平角控制信号和俯仰角控制信号至控制电路，控制电路将太阳追踪控制器输出的水平角控制信号和俯仰角控制信号分别传递给水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀，从而调整水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀的工作状态。由于市场上有很多成熟的太阳追踪控制器，在此不再描述其具体结构。

所述控制电路包括水平角追踪控制电路和俯仰角追踪控制电路，控制电路的一端和太阳追踪控制器连接，另一端分别和水平角追踪控制电磁阀及俯仰角追踪控制电磁阀连接，控制电路将太阳追踪控制器输出的控制信号传递给水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀，从而调整其工作状态。

所述水平角追踪控制电磁阀为三位五通电磁阀中封式，其有A、B两组线圈，三个工作位，三个进出气口，两个排气口，其中：一个进出气口通过高压气体导管与气源连接，两个进出气口通过水平角追踪导管分别与水平角追踪驱动气缸的两个进出气口连接；其三个工作位中，中间位置为常态位，常态位时A、B线圈均不通电，水平角追踪驱动气缸的前后两个气室处于保压状态，气缸活塞保持位置不变；当A组线圈通电时，水平角追踪控制电磁阀工作在左侧位，水平角追踪驱动气缸后部气室与气源连通，从而充气升压，水平角追踪驱动气缸前部气室与排气口连通，从而排气减压，水平角追踪驱动气缸内的活塞在前后两个气室压差的作用下带着活塞杆向气缸的前部移动；当B组线圈通电时，水平角追踪控制电磁阀工作在右侧位，水平角追踪驱动气缸的前部气室与气源连通，从而充气升压，后部气室与排气口连通，从而排气减压，水平角追踪驱动气缸内的活塞在前后两个气室压差的作用下带着活塞杆向气缸尾部移动。

所述俯仰角追踪控制电磁阀为三位五通电磁阀中封式，其有A、B两组线圈，三个工作位，三个进出气口，两个排气口，其中：一个进出气口通过高压气体导管与气源连接，两个进出气口通过俯仰角追踪导管分别连接俯仰角追踪驱动气缸的两个进出气口连通；其三个工作位中，中间位置为常态位，常态位时A、B两组线圈均不通电，俯仰角追踪驱动气缸的两个气室处于保压状态，气缸活塞 保持位置不变；当A组线圈通电时，俯仰角追踪控制电磁阀工作在左侧位，俯仰角追踪驱动气缸后部气室与气源连通，从而充气升压，俯仰角追踪驱动气缸前部气室与排气口连通，从而排气减压，俯仰角追踪驱动气缸活塞在前后两个气室压差的作用下带着活塞杆向气缸的前部移动；当B组线圈通电时，俯仰角追踪控制电磁阀工作在右侧位，俯仰角追踪驱动气缸的前部气室与气源连通，从而充气升压，后部气室与排气口连通，从而排气减压，俯仰角追踪驱动气缸活塞在前后两个气室压差的作用下带着活塞杆向气缸尾部移动。

所述水平角追踪导管和俯仰角追踪导管均为通用的气管，可以通过标准接头将电磁阀和气缸连接起来，从而形成气体回路。

所述气泵和储气罐均为市场通用产品，通过气泵和储气罐可以为整个追踪系统提供持续稳定的高压气体。

所述水平角追踪驱动气缸和俯仰角追踪驱动气缸均为通用的双作用直线气缸。

所述固定底座、水平角追踪驱动气缸、可水平旋转底座、下摆杆、上摆杆、太阳能利用装置、俯仰角追踪驱动气缸共同构成了一套双轴可调的太阳追踪装置，具体连接方案如下：

所述固定底座下部为一平面，平面的中心处设置有固定立轴，固定底座可以通过螺栓连接或焊接的方式固定到地面、屋顶或其它支撑结构上，作为整个追踪系统的基座。

所述可水平旋转底座总体呈三角形结构，可水平旋转底座的顶角处设置有轴套，可水平旋转底座通过轴套和固定底座中心处的固定立轴相配合，使可水平旋转底座可以绕固定立轴在水平面内转动。

所述水平角追踪驱动气缸的缸体安装在固定底座上不能移动，水平角追踪驱动气缸的活塞在前后气室压差的作用下带动活塞杆做直线伸缩运动，水平角追踪驱动气缸的活塞杆上固定连接有传动带，传动带通过固定底座上设置的导轮与可水平旋转底座的轴套构成一组带传动系统，将水平角追踪驱动气缸的活塞杆的直线伸缩运动转换成可水平旋转底座的旋转运动，从而带动安装在其上的太阳能利用设备对太阳的水平角进行追踪。

所述下摆杆的底端通过销轴连接到可水平旋转底座的顶角处，所述太阳能 利用设备的下边框通过销轴连接到可水平旋转底座的底边处，所述上摆杆的顶端通过销轴连接到太阳能利用设备的背面的上部，上摆杆的底端和下摆杆的顶端通过销轴相连；这样可水平旋转底座与下摆杆、上摆杆、太阳能利用设备通过销轴连接共同构成了一个可调节四边形结构。

所述俯仰角追踪驱动气缸的一端通过销轴连接到可水平旋转底座上，另一端通过销轴连接到下摆杆上，俯仰角追踪驱动气缸的活塞在前后气室压差的作用下带动活塞杆做直线伸缩运动，带动下摆杆在可水平旋转底座上摆动，进而通过上摆杆调节太阳能利用设备的俯仰角度，从而实现对太阳的俯仰角度的追踪。

本发明的有益效果是：本发明通过太阳追踪控制器实时连续监测太阳方位并输出相应的追踪控制信号，从而对水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀的工作状态进行控制，进而控制水平角追踪驱动气缸和俯仰角追踪驱动气缸的活塞及活塞杆的运动，进而调整由固定底座、水平角追踪驱动气缸、可水平旋转底座、下摆杆、上摆杆、太阳能利用装置、俯仰角追踪驱动气缸构成的双轴可调太阳追踪装置的水平角和俯仰角，保证太阳能利用装置始终正对太阳，从而到达最大化吸收太阳能；本发明采用气体驱动，取代了传统太阳能追踪系统所需的伺服电机和精密的机械传统系统，极大的降低了系统成本；由气体具备柔性灵活的传输方式，所以可以通过一个气源驱动多组追踪系统，更适合集中控制，进一步降低成本；同时由于气体本身具备较强的弹性，所以本发明的追踪系统结构对于破坏性外力的容纳能力更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统总体结构示意图；

图2是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的控制系统示意图；

图3是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的水平角追踪控制电磁阀结构示意图；

图4是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的俯仰角追踪控制电磁阀结构示意图；

图5是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的固定底座结构示意图；

图6是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的可水平旋转底座结构示意图；

图7是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的下摆杆结构示意图；

图8是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的上摆杆结构示意图；

图9是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的水平角追踪带传动结构示意图；

图10是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的集中控制示意图；

图中：

1、太阳追踪控制器；2、控制电路；3、水平角追踪控制电磁阀；3a、线圈一；3b、线圈二；3c、进出气口一；3d、进出气口二；3e、进出气口三；3f、排气口一；3g、排气口二；4、俯仰角追踪控制电磁阀；4a、线圈三；4b、线圈四；4c、进出气口四；4d、进出气口五；4e、进出气口六；4f、排气口三；4g、排气口四；5、高压气体导管；6、水平角追踪导管一；7、水平角追踪导管二；8水平角追踪驱动气缸；8a、水平角追踪驱动气缸缸体；8b、水平角追踪驱动气缸活塞杆；8c、水平角追踪驱动气缸尾部进气口；8d、水平角追踪驱动气缸前部进气口；9、俯仰角追踪导管一；10、俯仰角追踪导管二；11、俯仰角追踪驱动气缸；11a、俯仰角追踪驱动气缸活塞杆；11b、俯仰角追踪气缸尾部进气口；11c、俯仰角追踪驱动气缸前部进气口；12、固定底座；12a、固定立轴；13、可水平旋转底座；13a、轴套；13b、下摆杆连接点；13c、俯仰角追踪驱动气缸连接点；13d、太阳能利用装置连接点；14、下摆杆；14a、下摆杆连接孔一；14b、下摆杆连接孔二；14c、俯仰角追踪驱动气缸活塞杆连接点；15、上摆杆；15a、上摆杆连接孔一；15b、上摆杆连接孔二；16、太阳能利用装置；16a、连接孔一；16b、连接孔二；17、传动带；18、导轮；19、卡销；20、气泵；21、储气罐。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2、3、4所示，根据本发明实施例所述的一种全自动太阳追踪系统，包括太阳追踪控制器1，所述太阳追踪控制器1安装在太阳能利用装置16的上边框上，并随之一起运动，太阳追踪控制器1包括：太阳光传感器和跟踪控制器，太阳追踪控制器1能够连续监测太阳的实时位置并输出相应的水平角控制信号和俯仰角控制信号至控制电路2，控制电路2将太阳追踪控制器1输出的水平角控制信号和俯仰角控制信号分别传递给水平角追踪控制电磁阀3和俯仰角追踪控制电磁阀4，从而调整水平角追踪控制电磁阀3和俯仰角追踪控制电磁阀4的工作状态。由于市场上有很多成熟的太阳追踪控制器，在此不再描述其细节结构。

所述控制电路2包括水平角追踪控制电路和俯仰角追踪控制电路，控制电路2的一端和太阳追踪控制器1连接，另一端分别和水平角追踪控制电磁阀3及俯仰角追踪控制电磁阀4连接，控制电路2将太阳追踪控制器输出的控制信号传递给水平角追踪控制电磁阀3和俯仰角追踪控制电磁阀4，从而调整其工作状态。

所述水平角追踪控制电磁阀3为三位五通电磁阀中封式，其有线圈一3a、线圈二3b两组线圈，三个工作位，三个进出气口，两个排气口，其中：进出气口一3c通过高压气体导管5与储气罐21连接，进出气口二3d通过水平角追踪导管一6与水平角追踪驱动气缸8的尾部进出气口8c连接，进出气口三3e通过水平角追踪导管二7与水平角追踪驱动气缸8的前部进出气口8d连接；其三个工作位中，中间位置为常态位，常态位时线圈一、二均不通电，水平角追踪驱动气缸8的前后两个气室处于保压状态，水平角追踪驱动气缸活塞保持位置不变；当线圈一3a通电时，水平角追踪控制电磁阀3工作在左侧位，进出气口二3d与进出气口一3c连通进而通过高压气体导管5与气源连通，水平角追踪驱动气缸8的后部气室通过水平角追踪导管一6与进出气口二3d连通，进而与气源连通，从而充气升压，水平角追踪驱动气缸8的前部气室通过水平角追踪导管二7与排气口二3g连通，从而排气减压，水平角追踪驱动气缸8的活塞在前后两个气室压差的作用下带着水平角追踪驱动气缸活塞杆8b向水平角追踪驱动气 缸8的前部移动；当线圈二3b通电时，水平角追踪控制电磁阀3工作在右侧位，进出气口三3e与进出气口一3c连通进而通过高压气体导管5与气源连通，水平角追踪驱动气缸8的前部气室通过水平角追踪导管二7与进出气口三3e连通，进而与气源连通，从而充气升压，水平角追踪驱动气缸8的后部气室通过水平角追踪导管一6与排气口一3f连通，从而排气减压，水平角追踪驱动气缸8的活塞在前后两个气室压差的作用下带着水平角追踪驱动气缸活塞杆8b向气缸尾部移动。

所述俯仰角追踪控制电磁阀4为三位五通电磁阀中封式，其线圈4b，三个工作位，三个进出气口，两个排气口，其中：进出气口四4c通过高压气体导管5与储气罐21连接，进出气口五4d通过俯仰角追踪导管一9与俯仰角追踪驱动气缸11的尾部进出气11b连接，进出气口六4e通过俯仰角追踪导管二10与俯仰角追踪驱动气缸11的前部进出气口11c连接；其三个工作位中，中间位置为常态位，常态位时线圈4a、4b均不通电，俯仰角追踪驱动气缸11的前后两个气室处于保压状态，俯仰角追踪驱动气缸活塞保持位置不变；当线圈4a通电时，俯仰角追踪控制电磁阀4工作在左侧位，进出气口五4d与进出气口四4c连通进而通过高压气体导管5与气源连通，俯仰角追踪驱动气缸11的后部气室通过俯仰角追踪导管一9与进出气口五4d连通，进而与气源连通，从而充气升压，俯仰角追踪驱动气缸11的前部气室通过俯仰角追踪导管二10与进出气口六4e连通进而与排气口4g连通，从而排气减压，俯仰角追踪驱动气缸11的活塞在前后两个气室压差的作用下带着水平角追踪驱动气缸活塞杆11a向气缸的前部移动；当线圈4b通电时，俯仰角追踪控制电磁阀4工作在右侧位，进出气口4e与进出气口4c连通进而通过高压气体导管5与气源连通，俯仰角追踪驱动气缸11的前部气室通过俯仰角追踪导管二10与气源连通，从而充气升压，俯仰角追踪驱动气缸11的后部气室通过俯仰角追踪导管一9与进出气口五4d连通，进而与排气口4f连通，从而排气减压，俯仰角追踪驱动气缸11的活塞在前后两个气室压差的作用下带着俯仰角追踪驱动气缸活塞杆11a向气缸尾部移动。

所述水平角追踪导管6、7和俯仰角追踪导管9、10均为通用的气管，可以通过标准接头将水平角追踪控制电磁阀3、俯仰角追踪控制电磁阀4分别和水平角追踪驱动气缸8、俯仰角追踪驱动气缸11连接起来，从而形成气体回路。

如图10所示，所述气泵20和储气罐21均为市场通用产品，通过气泵20和储气罐21可以为整个追踪系统提供持续稳定的高压气体。

所述水平角追踪驱动气缸8和俯仰角追踪驱动气缸11均为通用的双作用直线气缸。

所述固定底座12、水平角追踪驱动气缸8、可水平旋转底座13、下摆杆14、上摆杆15、太阳能利用装置16、俯仰角追踪驱动气缸11共同构成了一套双轴可调的太阳追踪装置，具体连接方案如下：

如图5所示，所述固定底座12的下部为一平面，平面的中心处设置有固定立轴12a，固定底座12可以通过螺栓连接或焊接的方式固定到地面、屋顶或其它支撑结构上，作为整个追踪系统的基座。

如图6所示，所述可水平旋转底座13总体呈三角形结构，在其顶角处设置有轴套13a，可水平旋转底座13通过轴套13a和固定底座12中心处的固定立轴12a相配合，使可水平旋转底座13可以绕固定立轴12a在水平面内转动。

如图1、9所示，所述水平角追踪驱动气缸8的缸体8a安装在固定底座12上不能移动，水平角追踪驱动气缸8的活塞在前后气室压差的作用下带动水平角追踪驱动气缸活塞杆8b做直线伸缩运动，水平角追踪驱动气缸活塞杆8b上固定连接有传动带17，传动带17通过固定底座12上设置的导轮18与可水平旋转底座13的轴套13a构成一组带传动系统，并通过卡销19防止传动带17在轴套13a上滑动，带传动系统将水平角追踪驱动气缸活塞杆8b的直线伸缩运动转换成可水平旋转底座13的旋转运动，从而带动安装在其上的太阳能利用设备对太阳的水平角度进行追踪。

如图1、6、7、8所示，所述下摆杆14底端设置有下摆杆连接孔一14a，通过销轴与可水平旋转底座13上的下摆杆连接点13b相连接；下摆杆14顶端设置有下摆杆连接孔二14b，下摆杆连接孔二14b通过销轴与上摆杆15底端的上摆杆连接孔一15a相连接；上摆杆15顶端的上摆杆连接孔二15b通过销轴与太阳能利用装置16上的连接孔一16a相连接；太阳能利用装置16底边设置的连接孔二16b通过销轴与可水平旋转底座13底边处设置的太阳能利用装置连接点13d相连接，这样可水平旋转底座13与下摆杆14、上摆杆15、太阳能利用装置16通过销轴连接共同构成了一个可调节的四边形结构。

所述俯仰角追踪驱动气缸11的底端通过销轴与可水平旋转底座13中部设置的俯仰角追踪驱动气缸连接点13c相连接，俯仰角追踪驱动气缸活塞杆11a通过销轴与下摆杆14中部设置的俯仰角追踪驱动气缸活塞杆连接点14c相连接，俯仰角追踪驱动气缸11的活塞在前后气室压差的作用下带动俯仰角追踪驱动气缸活塞杆11a做直线伸缩运动，从而带动下摆杆14绕销轴摆动，进而带动上摆杆15摆动，从而调节太阳能利用设备的俯仰角度，实现对太阳的俯仰角度的追踪。

综上所述，通过太阳追踪控制器1实时连续监测太阳方位并输出相应的追踪控制信号，从而对水平角追踪控制电磁阀3和俯仰角追踪控制电磁阀4的工作状态进行控制，进而控制水平角追踪驱动气缸8和俯仰角追踪驱动气缸11的活塞及活塞杆的运动，进而通过水平角追踪驱动气缸8、俯仰角追踪驱动气缸11、固定底座12、可水平旋转底座13、下摆杆14、上摆杆15对太阳能利用装置16的水平角度和俯仰角度进行调整，保证太阳能利用装置16始终正对太阳，从而实现对太阳方位的全自动追踪。

本发明采用气体驱动，取代了传统太阳能追踪系统所需的伺服电机和精密的机械传统系统，极大的降低了系统成本；由于气体具备柔性灵活的传输方式，所以可以通过一个气源驱动多组追踪系统，更适合集中控制，进一步降低成本；同时由于密闭气体本身具备一定的弹性，所以本发明的追踪系统对于破坏性外力的抵抗能力更强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例之一，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。